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==Segmentierung== | ==Segmentierung== | ||
===Real Mode=== | ===Real Mode=== | ||
| − | Der 8086 ist ein 16-Bit-Prozessor. Das bedeutet, dass seine Register 16 Bit breit sind und somit Werte bis 2 | + | Der 8086 ist ein 16-Bit-Prozessor. Das bedeutet, dass seine Register 16 Bit breit sind und somit Werte bis 2<sup>16</sup> - 1 = 65535 aufnehmen können. Nun müssen aber auch Zeiger in dieser Register passen und 64 Kilobytes sind nicht gerade ein großzügiger Adressraum. |
Aus diesem Grund wurde im Real Mode eine einfache Art von Segmentierung eingeführt. Zu jedem Speicherzugriff wird noch eine Basisadresse addiert, die durch den Inhalt des entsprechenden Segmentregisters (cs für Code, ds für Daten, ss für den Stack) bestimmt ist. Dadurch wurden 20 Bit (also 1 Megabyte) zugänglich gemacht, wobei beim Zugriff auf mehr als 64 Kilobytes das Segmentregister gewechselt werden musste. | Aus diesem Grund wurde im Real Mode eine einfache Art von Segmentierung eingeführt. Zu jedem Speicherzugriff wird noch eine Basisadresse addiert, die durch den Inhalt des entsprechenden Segmentregisters (cs für Code, ds für Daten, ss für den Stack) bestimmt ist. Dadurch wurden 20 Bit (also 1 Megabyte) zugänglich gemacht, wobei beim Zugriff auf mehr als 64 Kilobytes das Segmentregister gewechselt werden musste. | ||
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===Protected Mode=== | ===Protected Mode=== | ||
| − | Auch im [[Protected Mode]] des 386 sind Segmente noch vorhanden, sie spielen aber eine etwas andere Rolle. Ihre alte Aufgabe haben sie zumindest teilweise verloren, denn der 386 ist ein 32-Bit-Prozessor und könnte die verfügbaren 4 | + | Auch im [[Protected Mode]] des 386 sind Segmente noch vorhanden, sie spielen aber eine etwas andere Rolle. Ihre alte Aufgabe haben sie zumindest teilweise verloren, denn der 386 ist ein 32-Bit-Prozessor und könnte die verfügbaren 4 GiB Speicher ohne Segmentierung ansprechen. |
Zum einen kann die Basisadresse aber auch weiterhin nützlich sein - sie erlaubt es, Code an beliebigen Stellen im Speicher auszuführen, auch wenn er von festen Adressen ausgeht (dieser Mechanismus wird aber nur selten benutzt). Zum anderen sind die Segmente erweitert worden, so dass sie nicht nur einfach aus einer Basisadresse bestehen, sondern zusätzliche Speicherschutzfunktionalität bieten, wie Schreibschutz oder Zugriff erst ab einem bestimmten Privileglevel. Außerdem hat ein Segment nicht mehr eine starre Länge von 64 Kilobytes, sondern die Länge kann vom Betriebssystem für jedes Segment einzeln und flexibel festgelegt werden. Protected-Mode-Segmente können also nahezu beliebig im linearen/virtuellen Adressraum positioniert werden. | Zum einen kann die Basisadresse aber auch weiterhin nützlich sein - sie erlaubt es, Code an beliebigen Stellen im Speicher auszuführen, auch wenn er von festen Adressen ausgeht (dieser Mechanismus wird aber nur selten benutzt). Zum anderen sind die Segmente erweitert worden, so dass sie nicht nur einfach aus einer Basisadresse bestehen, sondern zusätzliche Speicherschutzfunktionalität bieten, wie Schreibschutz oder Zugriff erst ab einem bestimmten Privileglevel. Außerdem hat ein Segment nicht mehr eine starre Länge von 64 Kilobytes, sondern die Länge kann vom Betriebssystem für jedes Segment einzeln und flexibel festgelegt werden. Protected-Mode-Segmente können also nahezu beliebig im linearen/virtuellen Adressraum positioniert werden. | ||
| − | Die Segmentregister sind aber nach wie vor nur 16 Bit breit und somit wird der Platz etwas knapp für diese ganzen Informationen. Aus diesem Grund enthalten die Segmentregister im Protected Mode nur noch sogenannte Selektoren, d. | + | Die Segmentregister sind aber nach wie vor nur 16 Bit breit und somit wird der Platz etwas knapp für diese ganzen Informationen. Aus diesem Grund enthalten die Segmentregister im Protected Mode nur noch sogenannte Selektoren, d. h. die Nummer eines Segments und einige wenige Flags. Die eigentliche Beschreibung der Segmente liegt in Form einer Tabelle im Speicher, der GDT. Die GDT besteht aus mehreren Einträgen (Segmentdeskriptoren) zu je 64 Bit, die direkt hintereinander liegen. Der erste Eintrag kann nicht benutzt werden, er ist der sogenannte Nulldeskriptor. |
==Selektoren== | ==Selektoren== | ||
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! Bits || Wert || Bedeutung | ! Bits || Wert || Bedeutung | ||
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| − | | | + | | 0 - 1 || 0x3 || RPL (Requested Privilege Level). Gibt die Privilegstufe (den Ring) an mit der versucht werden soll das Segment anzusprechen, falls diese numerisch kleiner ist als die aktuelle des aufrufenden Tasks so behält dieser seine aktuelle |
|- | |- | ||
| 2 || 0x4 || Bestimmt, ob ein Eintrag in der GDT (Bit nicht gesetzt) oder in der LDT (Bit gesetzt) ausgewählt wird | | 2 || 0x4 || Bestimmt, ob ein Eintrag in der GDT (Bit nicht gesetzt) oder in der LDT (Bit gesetzt) ausgewählt wird | ||
|- | |- | ||
| − | | | + | | 3 - 15|| 0xfff8 || Nummer des Eintrags in der GDT bzw. LDT (ab Null gezählt) |
|} | |} | ||
| Zeile 89: | Zeile 89: | ||
| 6 u. 5|| 0x60 || Privilege || Ring - von Ring 0 (Kernel Mode) zu Ring 3 (User Mode) | | 6 u. 5|| 0x60 || Privilege || Ring - von Ring 0 (Kernel Mode) zu Ring 3 (User Mode) | ||
|- | |- | ||
| − | | 4 || 0x10 || Segment bit || Ist 1 für Code-/Datensegmente; 0 für Gates und [[TSS]]. Bits 0 bis 3 in dieser Tabelle gelten nur für Code-/Datensegmente, ansonsten enthalten sie den genauen Segmenttyp (z. | + | | 4 || 0x10 || Segment bit || Ist 1 für Code-/Datensegmente; 0 für Gates und [[TSS]]. Bits 0 bis 3 in dieser Tabelle gelten nur für Code-/Datensegmente, ansonsten enthalten sie den genauen Segmenttyp (z. B. 0x9 für 386-TSS) |
|- | |- | ||
| 3 || 0x08 || Executable bit || Bei 1 ist das Speichersegment ein Codesegment, bei 0 ein Datensegment | | 3 || 0x08 || Executable bit || Bei 1 ist das Speichersegment ein Codesegment, bei 0 ein Datensegment | ||
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Absolut nötig sind dabei nur Nulldeskriptor und Code-/Datensegment für den Kernel. Sobald Multitasking ins Spiel kommen soll, ist das TSS fällig und mit Userspace-Prozessen braucht es dann die Code-/Datensegmente für Ring 3. | Absolut nötig sind dabei nur Nulldeskriptor und Code-/Datensegment für den Kernel. Sobald Multitasking ins Spiel kommen soll, ist das TSS fällig und mit Userspace-Prozessen braucht es dann die Code-/Datensegmente für Ring 3. | ||
| − | Das zweite TSS für Double Faults ist komplett optional. Double Faults entstehen oft dadurch, dass z. | + | Das zweite TSS für Double Faults ist komplett optional. Double Faults entstehen oft dadurch, dass z. B. die Pagingstrukturen überschrieben worden sind und der Handler für einen Page Fault selbst nicht mehr funktioniert. Ein TSS bietet hier die Möglichkeit, in einen sauberen Prozessorzustand zu springen und wenigstens noch eine sinnvolle Fehlermeldung auszugeben. |
== Laden der GDT == | == Laden der GDT == | ||